電廠壓縮空氣質(zhì)量檢測的現(xiàn)狀及進(jìn)展

趙也

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院，安徽合肥230022）

壓縮空氣系統(tǒng)是發(fā)電廠中不可或缺的公用系統(tǒng)[1-3]，其質(zhì)量是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定所必須控制的指標(biāo)，DL/T 774-2015 和DL/T 261-2012 都明確規(guī)定了壓縮空氣的品質(zhì)要求[4-5]。近年來，從安全風(fēng)險(xiǎn)控制評估方面考慮，都要求發(fā)電企業(yè)開展壓縮空氣質(zhì)量的檢測[1-2]。

相對于對電源供電可靠性的重視而言，壓縮空氣的質(zhì)量監(jiān)測往往被忽視，因而造成壓縮空氣質(zhì)量下降，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動、雜質(zhì)沉積使換熱能力下降等危及機(jī)組安全運(yùn)行的事故時(shí)有發(fā)生[6-9]。如某廠灰?guī)靸x用壓縮空氣含水量很大，過濾系統(tǒng)經(jīng)常故障，氣動閥門的電磁閥經(jīng)常損壞（每年損壞30 多只），導(dǎo)致部分渣水系統(tǒng)及設(shè)備不能正常投入自動運(yùn)行，影響整個(gè)除灰系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6]；某廠濕法脫硫系統(tǒng)壓縮空氣管道在-20℃下結(jié)冰，氣源時(shí)斷時(shí)續(xù)，使得氣動控制電磁閥、氣缸等部件故障頻繁，嚴(yán)重影響脫硫設(shè)備運(yùn)行[7]；某廠壓縮空氣含水量大，使得除灰系統(tǒng)輸灰不暢，發(fā)生堵灰故障等[10]，可見開展壓縮空氣質(zhì)量檢測對保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[1-2,11]。近年來，隨著二十五項(xiàng)反措相關(guān)要求，電廠每年均開展壓縮空氣質(zhì)量的監(jiān)督檢測，主要的檢測項(xiàng)目有含水量、含塵量、含油量等。本文主要針對壓縮空氣的質(zhì)量要求、檢測方法及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。

1 質(zhì)量指標(biāo)要求現(xiàn)狀

國際上涉及壓縮空氣質(zhì)量等級及污染物的標(biāo)準(zhǔn)ISO8573.1-ISO8573.9 規(guī)定了一般用壓縮空氣的質(zhì)量等級（主要包括濕度、油含量、固體粒子濃度等）。我國參照國際標(biāo)準(zhǔn)，也制定了GB/T 13277系列標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)還有其他關(guān)于壓縮空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 4830-2015[12]規(guī)定了工業(yè)自動化儀表用氣的質(zhì)量和檢測的方法原理。近年來，隨著機(jī)組單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，壓縮空氣的規(guī)模越來越大，對電廠安全高效運(yùn)行的要求也越來越高，因此對壓縮空氣的質(zhì)量也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。DL/T 774-2015（6.1.4）、DL/T 261-2012（6.5.3.2）都規(guī)定了電廠儀用氣的質(zhì)量要求；TCSEE 0070-2018[13]規(guī)定了電廠壓縮空氣的質(zhì)量和監(jiān)督要求，規(guī)定了不同用途的壓縮空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（同時(shí)規(guī)定了各檢測指標(biāo)的狀態(tài)），并規(guī)定了取樣點(diǎn)、檢測周期，更具有針對性，便于全面加強(qiáng)對電廠壓縮空氣的質(zhì)量監(jiān)督檢測。

不同標(biāo)準(zhǔn)對電廠壓縮空氣的質(zhì)量要求見表1。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對電廠壓縮空氣的質(zhì)量要求Tab.1 The different standards of compressed air for power plantsr

2 測量方法現(xiàn)狀

2.1 方法標(biāo)準(zhǔn)

我國參照國際系列標(biāo)準(zhǔn)ISO8573 制定了GB/T 13277 系列標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了壓縮空氣中含水量、含油量、固體粒子濃度等的測量方法。GB/T 4830-2015、TCSEE 0070-2018 標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了壓縮空氣含塵量、含水量、含油量的檢測方法。各標(biāo)準(zhǔn)具體的檢測方法見表2。

表2 壓縮空氣各質(zhì)量指標(biāo)的檢測方法Tab.2 Different detection methods for different parameters of compressed air

2.2 檢測影響因素及注意事項(xiàng)

2.2.1 含水量

造成電廠氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動的主要因素是壓縮空氣露點(diǎn)太高，也就是壓縮空氣中水分含量超標(biāo)，因此壓縮空氣的含水量是最關(guān)鍵的檢測指標(biāo)之一。目前壓縮空氣含水量的檢測方法有光譜法、冷凝法、化學(xué)法、電阻電容法、阻抗法、干濕球濕度計(jì)法等，目前最常見的是電阻電容檢測法。GB/T 4830-2015 規(guī)定，露點(diǎn)檢測結(jié)果應(yīng)進(jìn)行換算；GB/T 13277.3-2015 和TCSEE 0070-2018規(guī)定了非規(guī)定工況下檢測露點(diǎn)的具體換算公式，水的露點(diǎn)按式（1）計(jì)算[13，15]：

檢測注意事項(xiàng)：①電廠壓縮空氣壓力一般為0.6～0.8 MPa，檢測時(shí)應(yīng)盡量減至常壓，并保持氣體固定的流量和壓力，提高檢測精度；②選用適用于現(xiàn)場、抗干擾強(qiáng)的檢測方法；③消除其他組分對檢測結(jié)果的影響；④測量管線應(yīng)選用光滑的金屬或聚四氟乙烯管，取樣管線應(yīng)吹掃干凈，連接管應(yīng)密封可靠；⑤檢測裝置定期校驗(yàn)，確保檢測結(jié)果的可靠性。

2.2.2 含油量

目前壓縮空氣中油含量的檢測主要先采用油分吸收，然后再對吸收液進(jìn)行檢測的方式。

壓縮空氣中油分吸收的主要方法有溶劑吸收、吸附材料吸收、冷凝富集吸收等[17-18]。①溶劑吸收需要選擇對油分有很好溶解能力且無C-H 鍵的溶劑，從標(biāo)準(zhǔn)的配制、稀釋，到樣品的吸收，空白試劑都要求與吸收溶劑保持一致；檢測過程中吸收溶劑易受污染，影響檢測結(jié)果，且操作過程復(fù)雜，現(xiàn)場試驗(yàn)困難[18-19]；②吸附材料吸收需要在取樣管填充一定量的纖維材料（脫脂棉、玻璃纖維、聚丙烯纖維等）、定量濾紙、玻璃纖維膜或其他吸附材料（如活性炭等），吸收后再用溶劑溶解測定，操作過程復(fù)雜，且容易污染；③冷凝管富集吸收在液氮冷媒中將氣體以一定的流量通過冷凝管，氣體中的油分被冷凝在螺旋管內(nèi)，再用溶劑洗脫進(jìn)行檢測[17,20]；④其他吸收方法[17]，如高效聚集分離器分離吸收法，僅適用于含油量大于1 mg/m3的氣體。

目前含油量的檢測方法包括重量法、紫外分光光度法、紅外分光光度法、熒光光譜法、比濁法、氣體檢測管法、氣相色譜法等[17，21]，其中最常見的是紫外分光光度法和紅外分光光度法。①重量法烘干程度可能對檢測結(jié)果造成較大誤差，靈敏度低，不適用低含油量的檢測；②紫外、紅外分光光度法均是基于朗伯-比爾光吸收定率檢測，檢測準(zhǔn)確、快速；③比濁法利用油不溶于水但能與水形成懸濁液的特性進(jìn)行檢測，易受環(huán)己烷影響，檢測結(jié)果易偏高；④氣體檢測管法簡單便捷，可在現(xiàn)場快速直讀氣體中的含油量，但測量范圍有限，僅能進(jìn)行半定量檢測；⑤其他方法，如氣相色譜只能進(jìn)行半定量分析。

檢測注意事項(xiàng)：樣品的預(yù)處理即油分的吸收對檢測結(jié)果的影響較大，因而：①應(yīng)確保標(biāo)油用溶劑和吸收溶劑的一致性；②控制好吸收流量和吸收時(shí)長；③避免吸收溶劑接觸乳膠管等部位影響檢測結(jié)果，確保檢測結(jié)果的可靠性。

2.2.3 含塵量

電廠壓縮空氣含塵量的檢測包含含塵粒徑分布和含塵質(zhì)量濃度的檢測。

（1）含塵粒徑分布的檢測方法主要有兩種：化學(xué)微孔濾膜顯微鏡計(jì)數(shù)法和光散射式粒子計(jì)數(shù)器[22]。其中化學(xué)微孔濾膜顯微鏡計(jì)數(shù)法需要將微粒捕集在濾膜表面再使用顯微鏡觀察計(jì)數(shù)，操作繁雜且易產(chǎn)生人為誤差；光散射式粒子計(jì)數(shù)器可直接得到檢測數(shù)據(jù)，操作簡單，但顆粒重疊或標(biāo)準(zhǔn)離子與被測粒子的折射率不同，可能產(chǎn)生誤差。

（2）含塵質(zhì)量濃度的檢測方法包括：濾膜稱重法、光散射法、壓電晶體法、電荷法、β射線吸收法及微量振蕩天平法等[22]。各檢測方法特點(diǎn)見表3。

目前常見的電廠壓縮空氣現(xiàn)場檢測主要是采用激光計(jì)數(shù)器檢測含塵粒徑分布，檢測注意事項(xiàng)：①檢測前對管路進(jìn)行吹吸，避免管路殘留物影響檢測結(jié)果；②避免在周圍環(huán)境較差的時(shí)候檢測而影響檢測結(jié)果；③定期校準(zhǔn)儀器，確保檢測結(jié)果的可靠性。

3 存在的問題及發(fā)展趨勢

目前電廠壓縮空氣的現(xiàn)場檢測主要還是依賴離線檢測，還不能實(shí)現(xiàn)各檢測項(xiàng)目的在線監(jiān)測。含水量的檢測主要采用電阻電容法，但未換算至標(biāo)準(zhǔn)工況；含油量的檢測主要采用吸收-分光光度法，但由于吸收誤差大，操作復(fù)雜，不能現(xiàn)場完成檢測，也不能直讀檢測結(jié)果，因此現(xiàn)場開展較少；含塵量的檢測主要采用激光散射法檢測含塵粒徑分布，目前還沒有開展質(zhì)量濃度的檢測。

隨著自動化及信息技術(shù)的發(fā)展，電廠壓縮空氣的檢測也將會由人工離線檢測向在線監(jiān)測發(fā)展，由主要項(xiàng)目的監(jiān)測向全方位監(jiān)測發(fā)展。檢測儀器也會逐步向高質(zhì)量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化和智能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。本文描述的含水量、含塵量中均具有適用于在線監(jiān)測的檢測方法。對于氣體中含油量的檢測方法，目前國內(nèi)已有研究涉及光電離子法（PID）檢測含油量，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場直讀檢測結(jié)果，適用于在線連續(xù)監(jiān)測。隨著科技進(jìn)步和現(xiàn)代化檢測技術(shù)的發(fā)展，新的檢測方法將與傳統(tǒng)檢測方法結(jié)合，逐步實(shí)現(xiàn)電廠壓縮空氣質(zhì)量的在線監(jiān)控，為電廠提供安全穩(wěn)定的壓縮空氣系統(tǒng)。